ESTUDO COMPARATIVO POR SIMULAÇÃO NUMÉRICA TRIDIMENSIONAL ENTRE FINFETs IMPLEMENTADOS COM OS ESTILOS DE LEIAUTE DO TIPO DIAMANTE, OCTO E O CONVENCIONAL EQUIVALENTE

Resumo

Inúmeros são os esforços em pesquisas e altos investimentos estão sendo realizados para reduzir as dimensões dos MOSFETs (Lei de Moore) e ao mesmo tempo para aumentar sua capacidade de drenar corrente elétrica. Uma abordagem bastante inovadora de se conquistar isso, ainda não muito explorada pela comunidade científica, é através de estratégias de engenharia na interface entre as regiões de dreno e canal e regiões entre canal e fonte dos MOSFETs, que se traduz simplesmente no estudo de inovadoras estruturas de leiaute para a implementação de MOSFETs, considerando tanto a tecnologia planar como também a tecnologia tridimensional CMOS de implementação de transistores nanométricos.O estilo de leiaute do tipo Diamante e OCTO são alternativas dentro desse contexto para aumentar o desempenho dos MOSFETs e consequentemente a dos circuitos integrados analógicos e digitais, sem qualquer custo adicional para o atual e estabelecido processo de fabricação CMOS de circuitos integrados.Inicialmente, o MOSFET do tipo Diamante foi especialmente concebido e patenteado no Brasil, através de uma simples mudança do leiaute, onde foi alterado a forma geométrica de porta do MOSFET convencional de retangular para hexagonal, com o objetivo de usar o efeito de canto (Corner Effect, CE) na direção longitudinal do canal do MOSFET, denominado de Longitudinal Corner Effect (LCE), para enriquecer o campo elétrico longitudinal resultante ao longo do canal e consequentemente a velocidade média de "drift" dos portadores móveis do canal, a corrente de dreno, a transcondutância, a razão da transcondutância pela corrente de dreno, a tensão Early e reduzir a resistência série entre dreno e fonte de estado ligado, dependendo do ângulo ± da região hexagonal de porta, focando as aplicações de IC analógicos, pois o seu comprimento de canal é sempre maior que a menor dimensão permitida pelo processo de fabricação CMOS de IC. Resultados por simulações numérica tridimensionais e experimentais apontam ganhos extremamente significativos do estilo de leiaute do tipo Diamante quando aplicados a MOSFETs planares em relação aos convencionais equivalentes, considerando-se a mesma área de porta, o mesmo fator geométrico e as mesmas condições de polarização.O MOSFET do tipo OCTO é uma evolução do estilo do tipo Diamante e foi especialmente desenvolvido para melhorar a tensão de ruptura e potencializar a sua robustez quanto ao efeito de descarga eletrostática (ESD). Ele apresenta uma geometria de porta octogonal e possui três componentes de campo elétrico longitudinal, ao contrário das duas componentes existentes na estrutura do tipo Diamante, que resulta num campo elétrico longitudinal resultante ainda maior que o apresentado no transistor do tipo Diamante. Resultados por simulação numérica tridimensional e por dados experimentais provam que a estrutura do tipo OCTO para MOSFETs também podem aumentar significativamente o desempenho dos transistores de efeito de campo em relação ao convencional equivalente, considerando-se a mesma área de porta e condições de polarização. Dessa forma, o objetivo dessa proposta de projeto de mestrado é o de aplicar esses inovadores e promissores estilos de leiaute do tipo Diamante e OCTO em MOSFETs tridimensionais, denominados de FinFETs, e realizar o estudo comparativo dos parâmetros analógicos e digitais entre FinFETs do tipo Diamante, OCTO e os convencionais equivalentes, para verificar os vantagens e desvantagens desses novos estilos de leiaute em relação ao transistor convencional equivalente. Um outro objetivo extremamente importante deste trabalho, é o de convencer os pesquisadores dos centros de pesquisas e os especialistas da indústria de semicondutores e circuitos integrados nacional e internacional, que são detentores do processo de fabricação CMOS para MOSFETs tridimensionais (como por exemplo, o IMEC da Bélgica, através da cooperação com o Prof. Dr. Cor Clayes), a possiblidade de serem fabricados em FinFETs.